Герметичные системы, находящиеся под давлением

Герметизированные системы, в которых под давлением находятся сжатые газы и жидкости (нередко токсичные, пожаровзрывоопасные или имеющие высокую температуру), широко применяются в современном производстве. Такие системы являются источником повышенной опасности, и поэтому при их проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте должны строго соблюдаться установленные правила и нормы. К рассматриваемым установкам, сосудам и системам относят паровые и водогрейные котлы, экономайзеры и пароперегреватели; трубопроводы пара, горячей воды и сжатого воздуха; сосуды, цистерны, бочки; баллоны; компрессорные установки; установки газоснабжения.

Одним из основных требований, предъявляемых к системам, находящимся под давлением, является их герметичность.

Герметичность — это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы устройств и установок.

Принцип герметичности, т. е. непроницаемость, используется во всех устройствах и установках, в которых в качестве рабочего тела применяется жидкость или газ. Этот принцип является также обязательным для вакуумных установок.

Любые системы повышенного давления всегда представляют собой потенциальную опасность.

Классификация герметичных систем. Принцип герметичности, используемый при организации рабочего процесса ряда устройств и установок, является важным с точки зрения безопасности их эксплуатации. Из множества герметичных устройств и установок можно выделить те, которые наиболее широко применяются в промышленности. К ним следует отнести:

· Трубопроводы. Жидкости и газы, транспортируемые по трубопроводам, разбиты на следующие десять укрупненных групп, в соответствии с которыми установлена опознавательная окраска трубопроводов (табл. 2.18).

Таблица 2.18 – Окраска трубопроводов

Чтобы выделить вид опасности, на трубопроводы наносят предупреждающие (сигнальные) цветные кольца (табл. 2.19).

Таблица 2.19 – Сигнальные цветные кольца, наносимые на трубопроводы

При нанесении колец желтого цвета на трубопроводы с опознавательной окраской газов и кислот, а также при нанесении колец зеленого цвета на трубопроводы с опознавательной окраской воды кольца имеют соответственно черные или белые каемки шириной не менее 10 мм. Число предупреждающих колец какого-либо цвета должно соответствовать степени опасности транспортируемого вещества.

Кроме цветных сигнальных колец применяют также предупреждающие знаки, маркировочные щитки и надписи на трубопроводах (цифровое обозначение вещества, слово «вакуум» для вакуум-проводов, стрелки, указывающие направление движения жидкости, и др.), которые располагаются на наиболее ответственных местах коммуникаций.

2 Баллоны для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов при температурах 223...333 °К (-50...+60 С). Баллоны изготовляют малой вместимости 0,4—12 л, средней — 20—50 л и большой вместимости 80—500 л. Баллоны малой и средней вместимости изготовляют на рабочие давления 30, 15 и 20 МПа из углеродистой стали и на рабочие давления 15 и 20 МПа из легированной стали.

Для того чтобы легко и быстро распознать баллоны, предназначенные для определенных газов, предупреждать их ошибочное наполнение и предохранять наружную поверхность от коррозии, на заводах-изготовителях баллоны окрашивают в установленные стандартом цвета, наносят соответствующие надписи и отличительные полосы (табл. 2.20).

Таблица 2.20 - Окраска баллонов

Кроме того, на баллоне указывают наименование газа, а у горловины каждого баллона на сферической части отчетливо должны быть выбиты следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя, дата (месяц, год) изготовления (испытания) и год следующего испытания в соответствии с правилами Госгортехнадзора (например, при изготовлении баллонов в марте 1999 г. и последующем их испытании в марте 2004 г. ставят клеймо 3—99—04); вид термообработки, рабочее и пробное гидравлическое давление (МПа); емкость баллона (л); массу баллона (кг); клеймо ОТК; обозначение действующего стандарта.

Баллоны для сжатых газов, принимаемые заводами-наполнителями от потребителей, должны иметь остаточное давление не менее 0,05 МПа, а баллоны для растворенного ацетилена — не менее 0,05 и не более 0,1 МПа. Остаточное давление позволяет определить, какой газ находится в баллонах, проверить герметичность баллона и его арматуры и гарантировать непроникновение в баллон другого газа или жидкости. Кроме того, остаточное давление в баллонах для ацетилена препятствует уносу ацетона-растворителя ацетилена (при меньшем давлении унос ацетона увеличивается, а уменьшение количества ацетона в бал­лоне повышает взрывоопасность ацетилена).

·

·

·

·

· Сосуды для сжиженных газов. Сжиженные газы хранят и перевозят в стационарных и транспортных сосудах (цистернах), снабженных высокоэффективной тепловой изоляцией.

Для хранения и транспортирования криогенных продуктов (азота, аргона, кислорода и воздуха) изготовляют специальные криогенные сосуды.

Транспортные сосуды (цистерны) обычно имеют объем до 35 тыс. л. Наружную поверхность резервуаров окрашивают эмалью, масляной или алюминиевой красками в светло-серый цвет. На транспортных сосудах наносят надписи и отличительные полосы (табл. 2.21).

3 Газгольдеры. Они могут быть низкого (постоянного) и высокого (переменного) давления. Газгольдеры высокого давления служат для создания запаса газа высокого давления. Расходуемый из него газ проходит через редуктор, который понижает давление и поддерживает его постоянным в течение всего процесса подачи газа потребителю. Обычно такие газгольдеры собирают из баллонов большого объема, изготовляемых на рабочее давление меньше 25, 32 и 40 МПа.

Таблица 2.21 - Маркировка транспортных сосудов (резервуаров)

Газгольдеры низкого давления имеют большой объем 10⁵—3 ∙ 10⁷ л и применяются для хранения запаса газа, сглаживания пульсаций, выдачи газов, отделения механических примесей и других целей.

Кроме герметичных устройств и установок, рассмотренных выше, в промышленности широко применяют сосуды, предназначенные для ведения химических и тепловых процессов, компрессоры, котлы.

Причины возникновения опасности герметичных систем. Анализ показывает, что разгерметизация устройств и установок происходит в результате действия целого ряда факторов, которые можно условно разделить на две группы — эксплуатационные и технологические.

Первые обусловлены физико-химическими свойствами рабочего тела, параметрами его состояния, условиями эксплуатации и т. д. К ним, например, относят: протекание побочных процессов в устройствах и установках, приводящих к ослаблению прочности конструкции; образование взрывчатых смесей; неправильную эксплуатацию и др.

Вторые связаны с дефектами при изготовлении, монтаже, транспортировании и хранении устройств.

Основными причинами разрушения или разгерметизации систем повышенного давления являются:

· внешние механические воздействия;

· снижение механической прочности;

· нарушения технологического режима;

· конструкторские ошибки;

· изменение состояния герметизируемой среды;

· неисправности в контрольно-измерительных и предохранительных устройствах;

· ошибки обслуживающего персонала.

Опасности, возникающие при нарушении герметичности. В ряде случаев нарушение герметичности, т. е. разгерметизация устройств и установок, не только нежелательна с технической точки зрения, но и опасна для обслуживающего персонала и производства в целом.

Во-первых, нарушение герметичности может быть связано с взрывом. Здесь следует различать две причины. С одной стороны, взрыв может являться следствием нарушения герметичности, например, воспламенение взрывчатой смеси внутри установки. С другой, нарушение герметичности может стать причиной взрыва, например, при нарушении герметичности ацетиленового трубопровода вблизи участков нарушения образуется ацетиленовоздушная смесь, которая может воспламениться самыми слабыми тепловыми импульсами. Незамеченное длительное горение приводит к такому сильному разогреву трубопровода, что ацетилен в нем самовоспламеняется.

Во-вторых, при разгерметизации создаются опасные и вредные производственные факторы, зависящие от физико-химических свойств рабочей среды, т. е. возникает опасность:

· получения ожогов под воздействием высоких или, наоборот, низких температур (термические ожоги) и из-за агрессивности среды (химические ожоги);

· травматизма, связанного с высоким давлением газа в системе, например, нарушение герметичности баллона с газом при давлении 20 МПа с образованием отверстия диаметром 15 мм приведет к появлению начальной реактивной тяги около 3,5 кН; при массе баллона 70 кг он может приобрести ускорение и переместиться на некоторое расстояние;

· радиационная, возникающая, например, при использовании в установках в качестве теплоносителя жидких радиоактивных металлов, обладающих высоким уровнем ионизирующего излучения;

· отравления, связанные с применением инертных и токсичных газов и др.